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Zellvermehrung

Mitose - Meiose

Zellvermehrung - Zellzyklus

= Zellen vermehren sich, indem sie ihre Masse verdoppeln und sich dann zweiteilen

- Erfolgt bei den Chromosomen = Chromosomenzyklus

- DNA-Verdopplung- Mitose (Kernteilung)

- Erfolgt bei allen anderen Zellbestandteilen = cytoplasmatischer Zyklus= cytoplasmatischer Zyklus

- Zellwachstum- Cytokinese (Zellteilung)

Kontinuierlicher Prozess von Interphase und Mitose

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Mitose

-

KernteilungKernteilung

Mitose:

Zu Beginn der Zellteilung, Bildung von Kernfäden und Chromosomen im Zellkern

Ist die Kernteilung, in deren Verlauf die Chromosomen auf 2 Tochterkerne verteilt werden, die erbgleich und mit dem Ausgangskern identisch sind

Sonderformen: Endomitose, Polytänisierung, A iAmitose

Amitose = Zell- und Kernteilung in zwei Tochterzellen ohne Ausbildung einer Spindel und ohne sichtbare Chromosomen

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Mitose:

Zu Beginn der Zellteilung Bildung von Kernfäden und Chromosomen im Zellkern

Amitose:

Zell- und Kernteilung in zwei Tochterzellen ohne A bild i S i d l d h i htbAusbildung einer Spindel und ohne sichtbare Chromosomen

ProphaseFrühe Metaphase Späte Metaphase

Frühe AnaphaseSpäte Anaphase Telophase

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Sinn der Mitose:

• Gleichmäßige Verteilung der Chromatinstrukturen

V l tf i T f E bi f ti• Verlustfreier Transfer von Erbinformationen

• Aufbau genetisch identischer Nachkommen

Einflüsse:

Äußere TemperaturÄußere Temperatur

Hunger

Fermentwirkung (Kinetin – Bildung beim Spermium, Stimulation der Mitose nach Befruchtung)

Zytokinese

Es teilt sich das Cytoplasma

Ein kontraktiler Ring aus Actin-Filamenten (zu Beginn der Anaphase an der Innenseite des Plasmamembran entstanden) zieht die Zellmembran zwischen den Tochterkernen zusammen.

Nach Mitose und Zytokinese (= G1-Phase) sind 2 neue Zellen entstanden

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Zellteilung nach der Befruchtung bis zur Blastozyste

Chromosom

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Chromosome

Sind Strukturen die Gene/Erbinformationen th ltenthalten

- Länge von <1 bis >30 μm

- Trockenmasse enthält ca. 35%DNA, 40% basische Proteine/Histone, Rest sind nicht-basische Proteine und RNAbasische Proteine und RNA

- Anzahl der C. ist für jede Tierart konstant und manchmal für die ganze Gattung charakteristisch

Chromosomen

Chromosomenstrukturen, das Chromosom in seiner

biologischen Variabilität

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Beispiele für Chromosomensätze:

Taufliege (Drosophila melanogaster)…………………………8

Salzkrebs (Artemia salina)……………………………………..168Salzkrebs (Artemia salina)……………………………………..168

Meerschweinchen……………………………………………….16

Weinbergschnecke………………………………………………24

Maus……………………………………………………………….40

Regenwurm………………………………………………………..32

Ratte………………………………………………………………..32Ratte………………………………………………………………..32

Mensch…………………………………………………………….46

Affe………………………………………………………………….48

Schwein…………………………………………………………….38

Rind…………………………………………………………………60

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Einteilung der Chromosomen

Heterochromosomen Autosomen

Geschlechtschromosomen

X – Chromosom

Y - Chromosom

übrige Chromosomen

Homologe Chromosomen haben gleiche Form und Größe!

Sie liegen sich gegenüber – diploid!

Chromosmenaberationen: Anzahl Chromosomen kann gelegentlich verändert sein.

Mensch: Autosom 21 = 3fach 47 Chromosomen

Schematische Darstellung des Chromosomensatzes des Menschen

Chromosomen 1 – 22 = homologe Chromosomen (=Autosomen)

Chromosom X & Y = Heterochromosomen

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Bos taurus (2n = 60)

Ziege (Capra hircus, 2n = 60)

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Schaf (Ovies aries, 2n = 54)

Nach Replikation 2 DNA Doppelehelix im Chromosom = 2 Chromatide

Schema eines Chromosoms

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Chromosomentypen

Chromosomebeschreibung

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Organisation von Genen in einem Chromosom und Beispiel für den Aufbau eines Gens bei Wirbeltieren

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Hinsichtlich der Geschlechtseinflüsse gemittelte Karte des porcinen Chromosom 6 mit einer Auswahl von 93 der 519 diesem Chromosom zugeordneten Loci (INRA, Toulouse, 2004))

Mit rot werden Loci gekennzeichnet, die nur genetisch kartiert sind. Mit blau werden die sowohl genetische als auch physikalisch kartierten. Die grün eingezeichneten Loci werden in der MARC-USDA Karte nur genetisch i d teingeordnet.

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Wenige Gene, viele Schalter

Die Anzahl der Gene sagt über die Komplexität eines Tieres wenig aus. Kleine Steuermoleküle namens miRNA, die die Aktivität von Genen an- und abschalten können, scheinen darüber viel bessere Auskunft zu geben.

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Meiose

-

ReifeteilungReifeteilung

Schema des Verlaufs der Meiose, dargestellt an Paaren homologer Chromosomen

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Meiose

1. Reifeteilung: = Meiose I……….Reduktionsteilung

2. Reifeteilung: = Meiose II………Äquatorialebene

1 Leptotän Entspiralisierung der Chromosomen Leptos = griech. = zart, fein

2 Zygotän Paarweise Anordnung der Chromosomen (Bivalente)

Zygota = vereinigt

3 Pachytän Chromosomen werden kürzer und dicker, Erscheinung = haploid

2 Chromatiden bis 4-Strangstadium

Pachys = dick

(Tetraden) Crossing over

4 Diplotän Verkürzung und Verdickung gehen weiter, Paarlinge weichen etwas

voneinander (Chiasmata)

Chromosomenumbau

Diplos = doppelt

5 Diakinese Abschluss Prophase Chromatiden kontrahieren auf 10%

Beginn Methaphase I

Diakinein = sich umherbewegen

1. Reifeteilung

6 Anaphase I Trennung der Paarlinge p g g(Segregation) Jede Tochterzelle

erhält je ein Paarling der einzelnen Chromosomenpaare willkürlich von

Vater oder Mutter

7 Telophase: Längsteilung der Chromosomen, Trennung der bereits voneinander

gelösten Chromatiden

Meiose 2 = 2 ReifeteilungMeiose 2 = 2. Reifeteilung

Läuft ähnlich der Mitose ab!

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P = Pol-d

Schematische Darstellung der Spermatogenese und Oogenese bei Tieren

oder Richtungskörper

Meiose 2 = 2. Reifeteilung

Läuft ähnlich der Mitose!

N h Ab hl i ti 4 h l id Z llNach Abschluss existieren 4 haploide Zellen:

männlich…………………….4 Spermien

Weiblich……………………..1 plasmareiche befruchtungsfähige

Eizelle und 3 Pol- bzw. Richtungskörper

Meiose I:Meiose I: Paarung homologer Chromosomen wieder Trennung, Verteilung als ganze Chromosomen alternativ auf die Tochterkerne!

Meiose II: Chromatiden jedes Chromosoms werden wie in Mitose unter Zentromerteilung getrennt und verteilt!

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Kernphasenwechsel nach Zeitpunkt des Übergangs von Diplo- in Hablophase

Zygotischer KW (Haplonten)Zygotischer KW (Haplonten)

Meiose bei erster Teilung der Zygote außer Zygote sind alle Stadien haploid (z.B. Protisten, Algen)

Gametischer KW (Diplonten):

Meiose erst kurz vor der Gametenbildung außer Gameten sind alle Zellen diploid (z.B. Metazoa)diploid (z.B. Metazoa)

Intermediärer KW:

Diploide Pflanzen bilden aus Sporenmutterzellen viele Gone, die zu Gametophyten auswachsen.

Kernphasenwechsel

Zygotischer KW (Haplonten)

Meiose bei erster Teilung der Zygote

außer Zygote sind alle Stadien haploid

(z.B. Protisten, Algen)

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Kernphasenwechsel

Gametischer KW (Diplonten):

Meiose erst kurz vor der Gametenbildung

außer Gameten sind alle Zellen diploid

(z.B. Metazoa)

Intermediärer KW:

Diploide Pflanzen bilden aus Sporenmutterzellen viele Gone, die zu Gametophyten auswachsen.

Kernphasenwechsel

Diplo Haplophase

Wirkungen: Umbau der ChromosomenWirkungen: Umbau der Chromosomen

Neuverteilung d. väterlichen u. mütterlichen Chromosomen

Meiose = Schlüssel für Verständnis der Vererbungslehre

verlustfreier Gentransport

ständige Erzeugung genetisch bedingter Variabilität

= Rekombination

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Replikation

• Besteht aus zwei aufeinander folgenden Zellteilungen der nur eine identische Replikation vorausgeht

• Stark abgewandelte 1. Teilungsphase Längspaarung der homologen Chromosomen

• Bildung von Bivalenten (Tetraden)

Interchromosomale Rekombination zufällige Verteilung der• Interchromosomale Rekombination zufällige Verteilung der Erbanlagen

• Kreuzweise Umtausch Crossing over zwischen nicht homologen Chromosomen

Genetische Kopplungsanalyse

Aufzeigen des Abstandes zwischen zwei Genorten

Grundlage der Kopplungsanalyse ist der Genaustausch (Crossing over) und damit der Rekombinationsfrequenz.

Kopplungsanalysen beruhen auf Testkreuzungen von Doppel-, dreifach-der Mehrfachheterozygoten.

Häufigkeit beobachteter Crossing over“ zw

Maß für die Entfernung„Crossing over zw.

zwei untersuchten „Loci“

=Entfernung zwischen den „Loci“

Je enger die Kopplung, desto geringer der Anteil an Neukombinationen Genorte liegen enger zusammen

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Kopplungsstärke Austauschwert (AW)

Zahl der Neukombinationen

Gesamtanzahl der Kombinationen

Maßstab in Genkarten die auf Kopplungsanalyse beruhen istMaßstab in Genkarten, die auf Kopplungsanalyse beruhen ist

„Centi Morgan“ (cM)

1 cM

=Chance von 1 %, dass in der natürlichen Rekombination während eines Gene-rationswechsels ein bestimmter Genort von einem anderen getrennt wird.

=

Abstand wischen zwei Loci mit einem Austauschwert von 1%

= map unit (Karteneinheit)

1 cM entspricht 1 Million Basenpaare

Gesetzmäßigkeit der Kopplungsvorgänge

Freie Kombination Kopplung

P: AABB x aabb (AB) (AB) x (ab) (ab)

F1 AaBb (AB) (ab)

Gameten: AB Ab (AB) (ab)Gameten: AB, Ab

aB, ab

(AB), (ab)

F2 A- B- aaB- aabb

9 3 3 1

(AB)(AB) (AB)(ab) (ab)(ab)

1 2 1

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A

A

A

B

B

B

b

b

a

a

A

A

A

B

B

b

b

b

a

a

A

B

b

a

a

Crossing over: Bruch-Fusions-Hypothese

Diploider Genotyp des Elterntieres (n = 4)

Chromosomen aus der väterlichen Gamete

Chromosomen aus der mütterlichen Gamete

Mögliche Gameten des Elterntieres (2n = 16)Mögliche Gameten des Elterntieres (2n = 16)

Häufigkeiten der Gametengruppen

1 : 24 = 1/16 4 : 24 = 4/16 6 : 24 = 6/16 4 : 24 = 4/16 1 : 24 = 1/161 : 24 = 1/16 4 : 24 = 4/16 6 : 24 = 6/16 4 : 24 = 4/16 1 : 24 = 1/16

Schwein

n = 19

1 : 219 = 0,0002% 19 : 219 = 0,004% 92378 : 219 = 17,6%

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a) Homologe Rekombination

A

B

C

D

a

b

c

d

A

B

c

d

a

b

C

D d d D

b) Ungleiches Crossing overA B A B C D

A B A B C D

A B A B A B C D

A B C D

A) Zwei Paare homologer Chromosomen (Autosomen)

B) Ein Paar homologer Chromosomen (Autosomen)

Maternal Paternal

Mögliche Kombinationen der nicht homologen Chromosomen nach der Reduktionsteilung

Crossing over

Neuverteilung des genetischen Materials in der Meiose (A Segregation; B)